Páginas extraídas de Livro de energia solar fotovoltaica - conceito e aplicações

57Conceitos Básicos
2.10 Ângulo de incidência dos
raios solares
Os raios solares incidem sobre a superfície
do módulo com o ângulo de inclinação P,
definido em relação à reta perpendicular à
superfície do módulo. Em cada dia do ano,
conforme a altura solar Ys varia, o módulo
recebe os raios solares com uma inclinação
P diferente.
O melhor aproveitamento da energia solar
ocorre quando os raios incidem perpen-
dicularmente ao módulo, com ângulo
p = 0. Isso significa que idealmente, para
maximizar a captação da energia solar, a
inclinação do módulo deve ser ajustada
diariamente para adequar-se ao valor da
altura solar Ys naquele dia.
O modo como os raios solares incidem
sobre a superfície terrestre depende da
posição do Sol no céu. Como sabemos, a
posição varia ao longo do dia e do ano,
sendo determinada pelos ângulos azimutal
e zenital e pela altura solar.
A Figura 2.29 mostra como incidem os raios
solares em um módulo solar. O módulo é
instalado com ângulo de inclinação a em
relação ao solo e tem sua face voltada para
o norte geográfico.
a Ângulo de inclinação do painel
P Ângulo de incidência do raio solar
Y Ângulo da altura solar
Linha perpendicular
à superfície do painel
*
Linha
r- paralela
ao solo
P
Figura 2.29: Ângulo de inclinação do módulo e ângulo de incidência dos raios solares.
2.11 Escolha do ângulo de inclinação do módulo solar
A maior parte dos sistemas fotovoltaicos possui ângulo fixo de inclinação, então deve ser
escolhido um ângulo por algum critério. A escolha incorreta da inclinação reduz a captação
dos raios solares e compromete a produção de energia elétrica pelo módulo fotovoltaico.
A Figura 2.30 mostra o que acontece quando o módulo solar é instalado em diferentes
ângulos de inclinação com relação ao solo.
No primeiro caso mostrado na figura existe um ângulo de inclinação a que faz os raios sola-
res incidirem perpendicularmente à superfície do módulo. Este é o ângulo que maximiza a
captação da radiação solar direta.
No segundo caso mostrado o módulo tem um ângulo de inclinação a ligeiramente menor,
que não é o ideal. Considerando o mesmo feixe de raios solares do caso anterior, percebe-
-se que uma parte dos raios não incide sobre o módulo, representando uma captação
menor de energia.
58 Energia Solar Fotovoltaica - Conceitos e Aplicações
Nos demais casos mostrados na Figura
2.30 os módulos são instalados nas posi-
ções horizontal e vertical. Na posição
horizontal a captação de energia é pre-
judicada nos meses de inverno, quando
a altura solar é menor, e maximizada nos
meses de verão, quando a altura solar é
maior. Por outro lado, na posição vertical
a produção de energia é maior no inverno
e menor no verão.
Naturalmente, com o módulo em ângulo
de inclinação fixo não se consegue maxi-
mizar a captação dos raios solares em
todos os dias ou meses do ano, mas é pos-
sível escolher um ângulo que possibilite
uma boa produção média de energia ao
longo do ano.
A Figura 2.31 mostra um gráfico da energia
captada por um módulo com três ângulos
de inclinação diferentes. Dependendo da
inclinação adotada, a energia produzida
pode ser maximizada ao longo do ano,
somente nos meses de verão ou somente
nos meses de inverno.
Ângulo ótimo Ângulo incorreto
Ângulo horizontal Ângulo vertical
Figura 2.30: Efeito da inclinação do módulo fotovoltaico na captação de energia.
% Inclinação
ótima
%
*rz *“P *
%-4
E *
%
I *\
*rz S *\"Ofl *\ N./Q_ % * N
\ Inclinaçãox
s* vertical
3 % #% */ «*
Inclinação
horizontal
^z
B)
0)c
L-J
Outono Inverno PrimaveraVerão
Figura 2.31: Energia solar captada ao longo do ano com diferentes inclinações.
59Conceitos Básicos
Não existe um consenso geral sobre o
melhor método de escolher o ângulo de
inclinação para a instalação de um módu-
lo solar. Como vimos, a inclinação hori-
zontal privilegia a produção de energia
no verão, enquanto a inclinação vertical
privilegia no inverno.
É possível determinar para uma latitu-
de geográfica um ângulo de inclinação
que possibilite uma boa produção média
de energia ao longo do ano. Uma regra
simples para a escolha do ângulo de ins-
talação, adotada por muitos fabricantes
de módulos fotovoltaicos, é apresentada
em seguida.
A Tabela 2.1 mostra o ângulo de inclinação
recomendado para diversas faixas de lati-
tude geográfica. Não se recomenda a ins-
talação com ângulos de inclinação inferio-
res a 10° para evitar o acúmulo de poeira
sobre as placas.
Para saber o ângulo de latitude de uma
localidade, pode-se recorrer a um atlas
com mapas do Brasil, à ferramenta de
mapas do Google (maps.google.com) ou à
calculadora solar (disponível no endereço
mvw.calculadorasolar.com.br ).
Tabela 2.2: Latitudes geográficas
das capitais brasileiras.
Capital LatitudeUF
Aracaju SE 10° S
Belém PA 01° S
Belo Horizonte MG 19° S
Boa Vista RR 02° N
Brasília DF 15° S
Campo Grande MS 20° S
Cuiabá MT 15° S
Curitiba PR 25° S
Florianópolis SC 27° S
Fortaleza CE 03° S
Goiânia GO 16° S
João Pessoa PB 07° S
Macapá AP 00° N
Maceió AL 09° S
03° SAMManaus
Natal 05° SRN
Palmas TO 10° S
Porto Alegre RS 30° S
Porto Velho 08° SRO
Recife 08° SPE
Rio Branco AC 09° S
Rio de Janeiro RJ 22° S
Salvador BA 12° S
São Luís 02° SMA
São Paulo SP 23° S
Teresina PI 05° S
Vitória ES 20° S
Tabela 2.1: Escolha do ângulo de inclinação
do módulo. Fonte: "Installation and Safety
Manual of the Bosch Solar Modules" 2.12 Regras básicas para
a instalação de
módulos solares
Ângulo de
inclinação recomendado
Latitude
geográfica do local
0o a 10o a = 10°
a = latitude11° a 20°
a = latitude + 5o21° a 30° Nas páginas anteriores aprendemos as
variáveis que afetam a captação de energia
dos módulos solares. Essas variáveis estão
relacionadas com a inclinação do eixo de
rotação da Terra, o ângulo da altura solar,
o ângulo de inclinação dos módulos e o
ângulo azimutal do Sol.
a = latitude + 10o31° a 40°
a = latitude + 15o41° ou mais
Para auxiliar o leitor na instalação de módu-
los solares, a Tabela 2.2 apresenta as latitu-
des geográficas das capitais brasileiras.
60 Energia Solar Fotovoltaica - Conceitos e Aplicações
Em resumo, o leitor deve ter em mente
duas regras básicas para fazer a instalação
correta de um módulo solar.
A altura z da haste de fixação é calculada
pela seguinte equação:
z = L sen a
Regra 1: Sempre que possível, orientar
o módulo com sua face voltada para o
norte geográfico, pois isso maximiza a
produção média diária de energia.
Regra 2: Ajustar o ângulo de inclinação
correto do módulo com relação ao solo
3ara otimizar a produção de energia ao
ongo do ano. Para isso, deve-se escolher
o ângulo de inclinação de acordo com
a Tabela 2.1, em função do ângulo da
latitude geográfica da localidade onde o
sistema é instalado.
Seguindo a Regra 2, obtém-se o valor do
ângulo de inclinação a do módulo solar.
Na prática, para a instalação física, o ins-
talador deve calcular a altura da haste de
fixação (z) em função do ângulo calculado
(a) e levando em conta o comprimento do
módulo (/_) ou a distância entre a borda do
módulo no solo e a barra de sustentação
(x), como ilustra a Figura 2.32.
e a distância x é calculada como:
x = L • cos a
em que L ê o comprimento do módulo
solar ou a distância entre sua borda apoia-
da no chão e o ponto de fixação, conforme
a Figura 2.32; x é a distância no chão entre
a borda de apoio do módulo e a extremi-
dade da haste de fixação e z é altura da
haste.
Para uso prático o leitor pode recorrer à
Tabela 2.3 para determinar a altura da has-
te, bastando encontrar na tabela o valor da
razão Ru = x / z que corresponde ao ângulo
de inclinação a desejado. Com esta razão é
possível determinar o valor de x a partir de
um valor z conhecido, ou vice-versa. Basta
multiplicar ou dividira dimensão conhecida
pelo valor da razão Rx/ .
Tabela 2.3: Determinação da relação entre
x e z a partir do ângulo de inclinação.
R u = x / z R)U = x / za az
10° 5,671282 26° 2,050304
11° 27°5,144554 1,962611
12° 4,704630 28° 1,880726
13° 4,331476 29° 1,804048
14° 30° 1,7320514,010781
3,732051 31° 1,66427915°zL
16° 3,487414 32° 1,600335
17° 3,270853